本发明涉及气体充装领域,特别是一种高精度气体充装装置,以及利用这种装置进行气体充装的方法。
背景技术:
随着国内标准气体市场的需求逐渐增大,标准气体的质量要求也日益严格。客户对实际值与理论值的偏差一般要求在5%以内,甚至是2%以内。这对标准气体的制备带来了一定的挑战,使生产过程中的人为失误变得不可忽略,也降低了工作效率,增大了次品率。
目前现有的配气技术和装置主要依靠压力表来作为参考,用气体加入的质量定值,然而实际情况中,气体的压力与质量的关系受太多因素影响,如温度(膨胀、液化),气压,气体性质等,常常导致气体过量加入而超出客户所需浓度,而气体的称量无法像固体可以精准称量,因此难以做到准确充装。同时一旦过量充装,过量的那部分气体已经与成品气瓶中的气体混合均匀无法取出,导致出厂的产品实际上都存在一定的偏差。
因此现在需要一种能够解决上述问题的方法或装置。
技术实现要素:
本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足,提出一种利用缩小储气腔体积的办法来放大压差,进而实现精准控制充其量的充装装置,同时还公开了利用这种装置进行精准充装的方法。
本发明的技术解决方案是:一种高精度气体充装装置,其特征在于:所述装置包括依次连通的第一管道1、第二管道2……第x管道3……第n管道4,其中x、n均为自然数,且x小于n,每一根管道的入口端都设置有球阀5,在第n管道4上设置有高精度压力表6,所述第一管道1上还连接有抽真空支路。
一种利用如上所述的装置进行高精度气体充装的方法,其特征在于:所述的方法按照以下步骤进行:
首先进行实际操作前的理论计算工作,计算需要向成品气瓶7中加入mg的原料气时,所述装置管路内的压力p与成品气瓶7已有的压力p1之间的差值△p,
其中m为原料气的相对分子质量,v为所述装置配气管道的总体积,22.4为理想气体的摩尔体积,
根据安全要求,装置管路内的压力p不能超过原料气的饱和蒸气压p0,因此取p<0.8p0,而为了让原料气能够顺畅地充入到成品气瓶7中,需要△p大于0.2bar,将上述两个条件带入公式1,并进行换算,可得到如下结果:
即可得到配气管道总体积v的范围;
根据配气管道总体积v,选择x和n的数值,使第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积符合v的范围,
然后将第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积带入△p的计算公式,计算出具体的△p值,即:
理论计算工作结束;
然后开始实际操作:称量成品气瓶7的初始重量g0,将第n管道4的出口端连接在成品气瓶7上,打开本装置上的所有球阀5,利用抽真空支路对本装置进行抽真空处理然后将第一管道1的入口端连接在原料气源上,打开原料气源管路上的总阀8,向本装置各个管路中灌注原料气,在此过程中观察高精度压力表6,使管路内压力至p后停止,p=△p+p1,然后关闭第x管道3前端的球阀5,此时第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中原料气的总量即为所要充装的mg原料气,
然后打开成品气瓶7上的阀嘴,第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中的原料气便会进入成品气瓶7中,在此过程中观察高精度压力表6,待数值稳定后关闭成品气瓶7的阀嘴,称量充装后的成品气瓶7,得到重量g1,计算g1与g0之间的差值△g,并与m进行比较,如△g与m之间的偏差在2%以内,则完成充装。
本发明同现有技术相比,具有如下优点:
本种结构形式的高精度气体充装装置,其结构简单,设计巧妙,布局合理。它利用缩小储气腔体积的办法来放大压差,进而实现精准控制充其量的充装装置,同时还公开了利用这种装置进行精准充装的方法。它的出现,能够使气体的加入实现精准称量,如需要加入1g气体则可以控制其加入量在1g±2%之内,从而防止过量加入。同时与传统的充气方式相比,在充装次数减少的前提下,可实现精准充装,提高了充装的质量和效率;传统的充装方法对于常温易液化的气体,由于其压力可能会不规则骤降,因此以压力作为参考的加气方式会因失去参考标准而无法实现,只能人为依靠经验加气极易过量,次品率较高,而本装置则可以对这类的气体(常温易液化)进行精准充装;而且本装置可以根据原料气的种类进行任意组合,通用性良好,可有效控制制造成本。
因此可以说本种气体充装装置具备了多种优点,特别适合于在本领域中推广应用,其市场前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明实施例中充装装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示:一种高精度气体充装装置,它包括依次连通的第一管道1、第二管道2……第x管道3……第n管道4,其中x、n均为自然数,且x小于n,每一根管道的入口端都设置有球阀5,在第n管道4上设置有高精度压力表6,所述第一管道1上还连接有抽真空支路。
一种利用如上所述的装置进行高精度气体充装的方法,按照以下步骤进行:
首先进行实际操作前的理论计算工作,计算需要向成品气瓶7中加入mg的原料气时,所述装置管路内的压力p与成品气瓶7已有的压力p1之间的差值△p,
其中m为原料气的相对分子质量,v为所述装置配气管道的总体积,22.4为理想气体的摩尔体积,
根据安全要求,装置管路内的压力p不能超过原料气的饱和蒸气压p0,因此取p<0.8p0,而为了让原料气能够顺畅地充入到成品气瓶7中,需要△p大于0.2bar,将上述两个条件带入公式1,并进行换算,可得到如下结果:
即可得到配气管道总体积v的范围;
根据配气管道总体积v,选择x和n的数值,使第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积符合v的范围,
然后将第x管道3、第x+1管道、……第n管道4的总体积带入△p的计算公式,计算出具体的△p值,即:
理论计算工作结束;
然后开始实际操作:称量成品气瓶7的初始重量g0,将第n管道4的出口端连接在成品气瓶7上,打开本装置上的所有球阀5,利用抽真空支路对本装置进行抽真空处理,然后将第一管道1的入口端连接在原料气源上,打开原料气源管路上的总阀8,向本装置各个管路中灌注原料气,在此过程中观察高精度压力表6,使管路内压力至p后停止,p=△p+p1,然后关闭第x管道3前端的球阀5,此时第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中原料气的总量即为所要充装的mg原料气,
然后打开成品气瓶7上的阀嘴,第x管道3、第x+1管道、……第n管道4中的原料气便会进入成品气瓶7中,在此过程中观察高精度压力表6,待数值稳定后关闭成品气瓶7的阀嘴,称量充装后的成品气瓶7,得到重量g1,计算g1与g0之间的差值△g,并与m进行比较,如△g与m之间的偏差在2%以内,则完成充装。
实施例一:
例如要利用本装置向已经装有其它气体的成品气瓶7中加入2g丙烷。首先根据气体工程公式计算所需要加入的压力为:
由于各个管道一经选择,其体积也就固定了,因此实际工作中要做的工作就是根据v的范围选择管道的数量,
例如计算出v的范围是0.3-0.5l,这样当本装置由四个容积为0.2l的管道组成时,则可选取最后两个管路,即x=3,n=4,这两个管路的总体积为0.2+0.2=0.4l,处于v的范围之内;
而在同样的条件下(v的范围是0.3-0.5l),当本装置由六个容积为0.1l的管道组成时,则可选取第三至第六个管路,即x=3,n=6,这四个管路的总体积为0.1+0.1+0.1+0.1=0.4l,处于v的范围之内;
需要注意的是,利用公式1的换算公式计算出的v的范围,并不是最终的确定值,只是通过找出v的范围的方式来确定需要选择多少个管道,只要最终选择的管道的总体积在v的范围之内即可;
首先根据公式1的换算公式计算出v的范围:0.017-0.4l,本实施例中一共连接了三个容积为0.1l的管道,因此取x=2,n=3,即利用第2管道和第3管道进行精准充气,这两个管道的总体积为0.2l,
再次对本装置内各个管路抽真空,打开总阀8,原料气向本装置内填充,在此过程中观察高精度压力表6,压力达到0.5bar后关闭总阀8(由于压力被放大到了0.4bar,因此很容易进行控制),此时△p达到了计算值0.4bar(0.5-0.1=0.4bar),然后关闭第2管道前端的球阀2,此时第2管道和第3管道内丙烷的总量即为0.16g,打开成品气瓶7的阀嘴,在压差的作用下第2管道和第3管道内的丙烷进入成品气瓶7,观察到高精度压力表6的数值稳定后,关闭成品气瓶7的阀嘴,完成最后的精准加入;
再次对成品气瓶7进行称量,得到g终=7845.62g,则丙烷的两次总加入量为g终-g初=2.01g,与目标加入重量2g之间的偏差为0.5%,符合要求。